Теплообменник пластинчатый: принцип работы. Теплообменники пластинчатые: устройство. Теплообменный аппарат
Теплообменный аппарат. Виды теплообменных аппаратов. Классификация теплообменных аппаратов
Каждый из нас сталкивался с простейшими теплообменниками. Ярким тому примером служит конструкция «труба в трубе» или что-то в этом роде. Сложно было бы представить нашу жизнь, если бы не был изобретен теплообменный аппарат. На сегодняшний день есть огромное количество теплообменников. Между собой они отличаются не только техническими характеристиками, но и сферой применения, дизайном и т. п. Давайте более подробно поговорим на данную тему и разберемся с интересными моментами.
Немного общей информации
Теплообменный аппарат – это устройство, которое используется для передачи тепла из одной среды в другую. При этом нужно понимать, что сам по себе теплообменник, без отопительного оборудования, совершенно бесполезен, а вот в комплексе можно получить замечательные результаты и успешно обогревать даже очень большие и холодные помещения. Кроме того, ученые постоянно пытались максимально сократить потери тепла при его передаче в другую среду. На сегодняшний день нельзя похвастаться 100% эффективностью, но о КПД 90-95% можно говорить смело. Эксплуатационные, а также технические характеристики изделия повышаются за счет использования специально подготовленных материалов, а также теплоносителя. Конечно, все это несколько увеличивает цену на оборудование, но оно того стоит.
При проектировании инженеры постоянно сталкиваются с противоречивыми требованиями, которые необходимо объединить в один флакон. К примеру, нужно снизить гидравлическое сопротивление и при этом повысить коэффициент теплопередачи. Теплообменный аппарат должен быть устойчивым к коррозии, но при этом не слишком сложным для обслуживания. Все это привело к тому, что появилось много видов теплообменников. В зависимости от ситуации используется тот, который лучше подходит.
Классификация теплообменных аппаратов
Как было отмечено выше, в настоящее время есть огромное количество теплообменников. Прежде всего, их необходимо разделять по способу передачи тепла к среде. Тут теплообменники делятся на следующие группы:
рекуперативные;
регенеративные;
смесительные;
с электрическим подогревом.
Давайте поближе рассмотрим рекуперативные теплообменники. Конструкция изделия подразумевает наличие однослойной или многослойной стенки, через которую передается тепло. Обычно это происходит уже в установившемся движении. Интересно то, что в такого рода аппаратах передача тепла осуществляется при вынужденном движении без изменения фазового состояния. Но это касается только постоянно действующих теплообменников. Если же говорить об агрегатах с периодическим режимом работы, то за определенный отрезок времени осуществляется нагрев, испарение, а также охлаждение, и все это в последовательном режиме. Такие аппараты относятся к теплообменникам с неустановившимся тепловым движением. Это обусловлено тем, что температура теплоносителя на входе и на выходе существенно отличается. Нередко такие агрегаты встречаются в виде змеевиков и бывают пластинчатыми, ребристыми и других форм. Немного позже мы рассмотрим несколько видов. Но на этом классификация теплообменных аппаратов не заканчивается.
Регенеративные агрегаты и электрический подогрев
В этом случае, точно так же как и в предыдущем, для передачи тепловой энергии используется поверхность теплообмена. Однако данная поверхность является своего рода насадкой. Она выполняет роль промежуточного аккумулятивного средства, которое накапливает теплоту. По большому счету весь процесс можно разделить на несколько стадий. На первом этапе насадка воспринимает определенное количество тепла. Потом идет переход ко второй стадии, и теплоноситель передается по поверхности насадки. Это случается при смене потоков теплоносителей. На этом этапе насадка постепенно охлаждается, а накопленное тепло отдается в нагреваемую среду, которой может являться ваша комната.
Регенераторы относятся к нестационарным агрегатам. Насадка зачастую неподвижная, а тепловые процессы – синхронно повторяющиеся. Устройства такого типа нередко называются скруберрами или градирнями.
Суть теплообменников с электрическим подогревом заключается в том, что в качестве основного источника тепла используется электроэнергия. Для преобразования электрической энергии в тепловую используются электродуговые установки. Они могут быть как прямого, так и косвенного нагрева. Наиболее распространенные теплообменники в промышленности – индукционные и нагреватели сопротивления. Как вы видите, теплообменное оборудование может быть разным, сейчас мы подробно рассмотрим каждый вид, сферу его применения и конструкционные особенности.
Спиральные теплообменники
Аппарат представляет собой пару спиральных каналов. Обычно они навиваются вокруг центральной перегородки. Для этого их изготавливают из рулонного материала. Стоит отметить, что спиральные теплообменники хорошо подходят для нагрева и охлаждения жидкостей, имеющих высокий коэффициент вязкости.
По большому счету поверхность нагрева образуется двумя листами из металла, которые посредством сварного шва присоединяются к керну. Сам агрегат состоит всего из 2-х каналов, обычно прямоугольного сечения, выполненных в виде спирали. Конец спирали (внутренний) имеет разделительную перегородку и фиксируется с помощью штифтов. Теплообменники могут изготавливать как вертикальными, так и горизонтальными. Если не получается установить один вид ввиду недостаточного количества места или сложной конфигурации помещения, то используется второй, более предпочтительный. Интересно еще и то, что потребитель может выбирать спиральные теплообменники с разной шириной спирали, от 20 до 150 сантиметров. При этом поверхность нагрева может изменяться от 3,2 до 100 метров квадратных с максимальным давлением системы в 1 МПа.
Нельзя не отметить, что данное теплообменное оборудование обладает целым рядом существенных преимуществ. Во-первых, это пониженное гидравлическое сопротивление. Во-вторых, компактность и высокая эффективность и интенсивность теплообмена. Но все это способствовало тому, что возникли недостатки в виде сложной конструкции и ремонта.
О пластинчатых теплообменниках
В настоящее время изготавливаются разборные и неразборные пластинчатые теплообменники. Естественно, что первый вид более предпочтителен ввиду множества причин. Во-первых, это простота обслуживания. Такое оборудование очень быстро разбирается и собирается, поэтому любая поломка устраняется за небольшое время. Неразборные модели обычно не ремонтируют, а если это и делается, то куда дольше.
Собственно, название говорит о том, что данное оборудование состоит из пакета сборных пластин. Они могут изготавливаться из различного материала, такого как медь, титан, графит и т. п. Практически всегда для улучшения эксплуатационных свойств пластины изготавливаются гофрированными. В пластинчатых теплообменниках потоки холодного и горячего теплоносителя проходят слоями.
Само по себе оборудование хорошо тем, что имеет грамотную компоновку. Это позволило увеличить площадь теплообменной поверхности и все это вместить в относительно небольшие габариты. В любом случае перед покупкой проводится расчет теплообменных аппаратов, который позволяет получить данные о том, какой мощности устройство необходимо в конкретном случае. Нужно понимать, что все пластины, которые стянуты в пакет, за счет одинаковой формы образуют между собой каналы. Через них протекает жидкость. Ну а сейчас мы рассмотрим еще несколько интересных деталей, которые касаются данного оборудования.
Использование уплотнительных прокладок
Как уже было отмечено выше, основным элементом теплообмена служат пластины. Они изготавливаются холодным штампованием. Для этого используются коррозионно стойкие сплавы, что позволяет значительно повысить долговечность и эффективность агрегата. Толщина пластин в зависимости от модели может колебаться от 0,4 до 1,0 мм. В рабочем положении пластины плотно прижимаются одна к другой. При этом образуются небольшие щелевые каналы. На лицевой стороне есть специальная канавка, туда устанавливается резиновая прокладка (уплотнитель). Кроме того, в прокладках имеются отверстия, которые необходимы для подвода и отвода жидкости. На случай прорыва одного из отверстий предусмотрена система дренажных пазов, исключающая смешивание холодных и горячих сред.
За счет создания противотока между двумя средами удалось добиться не только улучшения температурного набора, но и более быстрой теплоотдачи при относительно небольших гидравлических сопротивлениях. Не лишним будет сказать о том, что основной принцип действия основан на противотоке, то есть движении греющей и нагревающей жидкости в разные стороны. Для исключения смешивания устанавливается двойной резиновый уплотнитель или же металлическая пластина. Количество пластин и каналов может отличаться в зависимости от эксплуатационных требований, предъявляемых к оборудованию. Перед созданием проводится тепловой расчет теплообменных аппаратов, что позволяет определить оптимальный режим работы. Иногда используются дорогостоящие сплавы, которые не боятся длительной эксплуатации в агрессивной среде.
Пластинчато-ребристые теплообменники
ПРТ используются для передачи тепла в неагрессивных и газовых средах в широком диапазоне температур, от -270 до +200 градусов по Цельсию. При этом давление в системе может достигать 100 атмосфер и начинаться с вакуума. В конструкции лежит идея о нанесении ребристой поверхности по обе стороны пластин. Само изделие состоит из нескольких ребер, благодаря которым и осуществляется теплопередача между средами. Стоит заметить, что именно ребристо-пластинчатый теплообменный аппарат обладает большим разнообразием форм ребер. Это позволяет несколько изменять эксплуатационные и технические характеристики. Чаще всего можно увидеть непрерывные и волнистые ребра. Но помимо этих, встречаются и более экзотические, такие как перфорированные и чешуйчатые. В качестве материала обычно используют тонколистовые металлы. Их толщина регулируется в зависимости от давления в системе и используемой жидкости.
Нередко такие типы теплообменных аппаратов изготавливают с различными видами движения потоков. Чаще всего используется противоток, но имеют место и прямоточные, и перекрестные схемы. Если же вкратце говорить о сильных сторонах такого оборудования, то их очень много. Во-первых, это эксплуатационные свойства, такие как быстрый и интенсивный теплообмен. Во-вторых, это небольшие габариты. Сегодня многие говорят о том, что именно ребристые теплообменники являются наиболее совершенными. Наиболее часто ПРТ применяют в таких отраслях, как энергетика, нефтеперерабатывающая, химическая и авиационная отрасль промышленности. Все это обусловлено большим количеством достоинств, а также широким диапазоном используемых жидкостей и давлений в системе.
Теплообменник кожухотрубный: конструкция и особенности
Теплообменное оборудование поверхностного типа, которое мы уже рассмотрели, является не таким популярным, как кожухотрубные агрегаты. Это как раз те аппараты, о которых было сказано в самом начале, в простейшем исполнении - это система «труба в трубе». Теплообменник такого типа представляет собой систему (пучок) трубок, которые помещаются в кожух. Трубки завальцовывают и приваривают к корпусу изделия. В некоторых случаях их дополнительно обваривают. Это делается для обеспечения 100% герметичности. Корпус снабжается дополнительными патрубками. Одни нужны для подвода пара, другие - для отвода конденсата. Помимо этого, в корпусе имеются поперечные решетки, которые используются для поддержки теплообменных трубок по всей длине агрегата. Интересно то, что кожухотрубчатые теплообменные аппараты используются при температурах от 190 градусов по Цельсию или давлениях насыщенного пара более 15 Бар.
Любая система, подразумевающая движение жидкости, может быть подвержена гидроударам. Это явление способно частично или полностью вывести оборудование из рабочего состояния. Чтобы этого не случилось, используют различного рода накопительные элементы, так называемые расширительные бачки. Но в нашем случае этого не нужно, ведь кожухотрубчатые теплообменники к ним весьма устойчивы. Помимо этого, не выдвигается жестких требований к чистоте среды. Существенный минус такого оборудования заключается в том, что все виды теплообменных аппаратов данного типа очень металлоемкие, что влияет на конечную стоимость и габариты.
Теплообменники для газового оборудования
Не секрет, что любой твердотопливный или газовый котел имеет в своей конструкции теплообменник, они еще называются калориферами. Основные виды мы уже с вами рассмотрели. Как вы наверняка заметили, те или иные типы используются в различных отраслях промышленности. Какие-то аппараты нашли более широкое применение, другие используются в отдельных отраслях и не подходят под другие. В нашем же случае имеет место применение трубчатых и пластинчатых теплообменников. В первом случае мы имеем дело с системой трубок, во втором – пластин. В принципе, независимо от вида, теплообменник для газовой колонки должен отвечать ряду требований. Во-первых, обладать высоким коэффициентом теплопередачи, во-вторых, быть долговечным и устойчивым к высоким температурам. Наиболее популярными материалами являются медь, алюминий и сталь. Последний вариант менее предпочтителен, так как такой металл имеет большой вес, что понижает КПД. При любом раскладе теплообменник для газовой колонки должен служить не менее 5 лет.
Заключение
Вот мы и рассмотрели с вами основные типы теплообменников. Без внимания остались такие виды, как кожухопластинчатые. В принципе, они незначительно отличаются от классических пластинчатых или ребристых. Но нередко можно найти печи для бани с теплообменником, имеющим кожух. Однако ключевой особенностью является то, что оборудование устойчиво к высоким температурам и рабочим давлениям. Корпус при этом может быть изготовлен из таких материалов, как титан, нержавеющая или углеродистая сталь. Интересно то, что печи для бани с теплообменником кожухопластинчатым хорошо регулируются по пару или же конденсату, что, бесспорно, является весомым достоинством. В принципе, на этом можно завершать рассказ, так как теперь вы знаете о теплообменниках все, что нужно.
fb.ru
виды, устройство и принцип работы. Теплообменники для котлов
Теплообменники, виды устройство и принцип работы которых будут описаны в статье, представляют собой специальные приборы для передачи тепловой энергии от нагреваемого теплоносителя к холодному. Последним может выступать газообразная или жидкая субстанция.
Область использования
Процесс теплообмена важен во многих отраслях промышленности, а именно в химической, пищевой, металлургической и энергетической областях. Теплообменное оборудование способствует передаче энергии между носителями посредством разделительной стенки между ними. Процесс можно назвать очень сложным, он разделяется по общепринятым канонам на теплопроводность, тепловое излучение и конвекцию. На практике данные процессы одновременно протекают в заданных пропорциях. Для теплообмена наибольшую важность играет конвективный процесс, который представляет собой совместное действие теплопроводности и конвекции.
Виды теплообменников
Теплообменники, виды устройство и принцип работы которых должны быть известны потребителю перед приобретением прибора, могут относиться к разным типам в зависимости от конструкции. Если классифицировать агрегаты по способу передачи тепла, то их можно разделить на смесительные и поверхностные, а также рекуперативные и регенеративные. Первая разновидность предусматривает передачу тепла посредством смешивания между собой двух рабочих сред. Такие устройства имеют более простую конструкцию, если проводить сравнение с поверхностными теплообменниками. В них тепловая энергия используется более полно. Однако можно выделить и недостаток, который выражается в возможности использования прибора только при смешивании теплоносителей.
Теплообменники, виды устройство и принцип работы которых описываются в статье, могут быть поверхностными, в них рабочий теплоноситель обменивается энергией сквозь стенки разделителя. Такие агрегаты могут быть регенеративными и рекуперативными.
Разновидности поверхностных теплообменников
Рассматривая характеристики теплообменников рекуперативного типа, вы сможете заметить, что их работа основана на передаче тепла посредством разделительной стенки. При этом вода устремляется в одном направлении в каждой из точек стенки. Вторая разновидность поверхностного теплообменника – регенеративный агрегат, он имеет отличительную особенность, которая выражена в том, что вода, касаясь определенной поверхности нагрева, время от времени изменяет направление потока.
Устройство и принцип работы кожухотрубных теплообменников
Самыми популярными в промышленности сегодня являются рекуперативные теплообменные устройства. Если разделить их по конструктивным особенностям, то можно выделить кожухотрубные агрегаты. Эти приборы представлены пучками труб, которые приварены к кожуху. Трубы, в свою очередь, зафиксированы к трубным решеткам, закрываются крышками на болтах или прокладках. Первый теплоноситель, преодолевая штуцер, расположенный на корпусе, течет по трубному пространству. Другой теплоноситель курсирует по трубам.
Такой кожухотрубчатый теплообменник имеет множество ходов, на крышке и корпусе его располагаются перегородки. Для повышения теплоотдачи трубы изготавливаются с оребрением методом навивки ленты или накатки. Кожухотрубчатый теплообменник может обладать довольно простой конструкцией, при этом устройство называется элементным и не имеет перегородок. Такие агрегаты могут допускать высокое давление, но конструкция их будет более тяжелой и громоздкой.
Принцип работы и устройство пластинчатого теплообменника для котельного оборудования
Пластинчатые теплообменники, виды, устройство и принцип работы которых описаны в данной статье, относятся к классу рекуперативных устройств. Эти аппараты имеют теплообменную поверхность, которая образована целым набором штампованных тонких стальных пластин с гофрированным основанием. Эти теплообменники для котлов имеют в составе элементы, собираемые в единый пакет, который формирует между собой каналы, по последним проходит теплоноситель, обменивающийся тепловой энергией.
Принцип работы таких устройств нельзя назвать самым простым, в нем пластины устанавливаются по отношению друг к другу с поворотом на 180 градусов. Это позволяет скомпоновать 4 элемента, из которых два будут относиться к коллекторному контуру отвода, тогда как другие – к подаче теплоносителя.
Два крайних элемента в процессе обмена тепловой энергией участвовать не будут. Подобные теплообменники для котлов могут обладать разным принципом действия в зависимости от компоновки, которая бывает многоходовой или одноходовой. В последнем случае теплоноситель разделяется на параллельно идущие потоки, он проходит по всем каналам и устремляется для вывода в порт. Многоходовая компоновка предполагает использование более сложной схемы, так как теплообменник в этом случае передвигается по одинаковому числу каналов. Это достигается несколько иным способом, который выражен в наличии дополнительных пластин. В них входят глухие порты. Помимо прочего, обслуживать данную разновидность пластинчатого теплообменника несколько сложнее.
Характеристики масляных теплообменников
Масляный теплообменник используется для того, чтобы исключить повышение температуры теплоносителя до критического предела в мощных двигателях. Если допустить перегрев моторного масла, то это может стать причиной серьезных проблем, которые могут быть выражены в изменении вязкости топлива, а также повышении интенсивности его выгорания. Если вещество оказывается перегретым, то смазка трущихся запчастей обеспечивается недостаточно качественно, это может усложнить охлаждение двигателя.
Плюсы масляных теплообменников
Использование подобного устройства позволяет получить множество преимуществ. Во-первых, это исключение вероятности того, что температура масла окажется ниже температуры охлаждающей жидкости. Это указывает на то, что в деталях двигателя, которые соприкасаются с маслом, будет возникать меньше напряжения. Во-вторых, установку теплообменника можно осуществить в любом удобном месте на двигателе, при этом вы с легкостью сможете отказаться от множества соединений и длинных трубопроводов.
Теплообменники для бани: характеристики
Теплообменник для бани может классифицироваться в зависимости от местонахождения по отношению к отопительному прибору. Таким образом, располагаться прибор может непосредственно в теле печи, возле трубы дымохода или около корпуса отопительного прибора. Подобные агрегаты призваны выполнять одни и те же функции. Методом контакта с раскаленной поверхностью дымохода или топки они греют жидкость в емкости внушительного размера, используя при этом принцип конвекции. Их применение позволяет хозяевам расположить водяной бак не в самой парной, а в соседнем помещении. Изготовить такое устройство можно и самостоятельно, применив стальные листы, а также трубы. Только провести работы не удастся, если вы не имеете сварочного аппарата, а также не владеете навыками работы с ним.
fb.ru
Теплообменные аппараты и оборудование
Техническое описание
Материалы
Используются материалы по стандартам EN и ASME для деталей под давлением согласно EN 1024 Cert. 3.1.
Основной материал – углеродистая сталь, для оребрения труб – алюминий.
Термообработка
После сварочных работ все детали из углеродистой стали подвергаются термообработке, если это обусловлено стандартом.
Поверхностная обработка
Все конструкционные элементы подвергаются гальванизированию согласно спецификации производителя. Конструкции из углеродистой стали подвергаются пескоструйной обработке. Глубоко проникающая гальванизация выполняется согласно стандарта EN 1461. Электрические двигатели, вентиляторы и пр. окрашиваются согласно стандарту производителя.
Минимальная/максимальная расчетная температура металла для деталей под давлением: -39 / +30 ºС.
Для деталей не под давлением используется материал согласно EN 1993-1-10.
Классификация зоны: не опасная.
Категория коррозионности: ISO 12944-2: C3.
Тип присоединения труб к трубной доске: обварка.
Электрические двигатели
Исполнение: не взрывобезопасное
Класс защиты: IP 55
Частотные преобразователи
Предусмотрены для 50% электрических двигателей.
Вентиляторы
Лопасти изготовлены из усиленного материала алюминий/пластик с ручной регулировкой шага.
Уровень шума
Не превышает 85 ± 2 дБА на расстоянии 1 м и на высоте 1,5 м от поверхности.
Внешняя рециркуляция
Применяется.
Жалюзи
Верхние, входные и рециркуляционные жалюзи с пневматическим приводом.
Змеевик водяного подогревателя
Размещается на отдельной раме. Каждый подогреватель размещен под трубным пучком.
Вибрационные выключатели
Каждый вентилятор укомплектован вибрационным выключателем.
Стальные конструкции
Включают опоры, стержни, водоотводящие камеры. Комплектный пол для рециркуляции не входит в объем поставки.
Сетчатая защита
Сетчатая защита вентиляторов, вращающихся деталей.
Запасные части
Запасные части для сборки и запуска
Крепеж для стальных конструкций: 5%
Крепеж для крышек плит коллекторов: 2%
Прокладки для воздушника, дренажа: 2 шт. каждого типа
Крепеж для штуцеров воздушника и дренажа: 1 комплект каждого типа
Запасные части на 2 года эксплуатации (опционально)
Ремни: 10% (минимум 1 комплект каждого типа)
Подшипники: 10% (минимум 1 шт. каждого типа)
Прокладки для воздушника, дренажа: 2 шт. каждого типа
Крепеж для воздушника и дренажа: 2 комплекта каждого типа
Специальный инструмент
Один датчик уровня для установки шага лопастей вентилятора
Один комплект для ремонта оребрения
Техническая документация на русском языке (2 экз. + CD диск)
Для согласования рабочей документации:
Чертеж общего вида, включая нагрузки
Электрическая схема
Спецификация оборудования
План тестовых проверок
С оборудованием:
Основная документация о тестовых проверках согласно стандартов, кодов и других требований
Инструкция по эксплуатации
Комплексное описание агрегата
Тестовая и инспекционная документация:
План тестовых проверок на каждую позицию
Внутрицеховая инспекция
Гидростатический тест
Сертификаты на материалы
Паспорт сосуда давления
Инспекция TUV
Отгрузочная информация:
Трубный пучок полностью собран и протестирован
Змеевик теплофикационной воды полностью собран
Жалюзи полностью собраны
Водоотводящие камеры отдельными частями
Рециркуляционные жалюзи с плитами отдельными частями
Вентиляторы в сборе
Стальные конструкции отдельными частями
Электрические двигатели, осевые вентиляторы, вибрационные выключатели и запасные части в деревянных ящиках
Сборка на площадке с помощью крепежа (без сварки)
Объем поставки
Следующее оборудование и проектная документация включены в объем поставки:
Температурные и механические расчеты
Трубные пучки с заглушками для воздушника и дренажа
Вентиляторы в сборе
Электрические двигатели
Частотные преобразователи (50/% всех вентиляторов)
Вибрационные выключатели (100% всех вентиляторов)
Водоотводящие камеры
Опорные конструкции
Платформы обслуживания для опор и лестниц
Система внешней рециркуляции
Термодатчики на стороне воздуха
Жалюзи на рециркуляции/входе/выходе с пневмоприводом
Петли для подъема
Заземление
Поверхностная обработка
Запасные части для сборки и запуска
Запасные части на 2 года эксплуатации
Специальный инструмент
Ответные фланцы, крепеж и прокладки
Следующее оборудование не включено в объем поставки:
Услуги монтажа
Предварительная сборка
Анкерные болты
Теплоизоляция и огнезащита
Опоры для кабелей
Защита от града и камней
Платформа для доступа к электрическим двигателям
Электрические подогреватели
Шкаф управления для частотных преобразователей*
Материалы для электрического монтажа*
Соединения для датчиков давления и температуры*
Входные и выходные коллекторы, соединительные трубопроводы и фитинги*
* Оборудование может быть поставлено после согласования с требованиями заказчика
Поставка кожухотрубного теплообменника поз 603 на АМ-76 в ОАО Ферганаазот, Узбекистан
Ваши запросы на теплообменное оборудование и аппараты просим присылать в технический департамент нашей компании на e-mail: [email protected], тел. +7 (495) 225 57 86.
www.gas-burners.ru
Теплообменные аппараты | Оборудование судовых систем
Типы теплообменных аппаратов. Теплообменные аппараты предназначены для передачи теплоты от теплоносителя с большей температурой к теплоносителю с меньшей температурой и играют важную роль в обеспечении бесперебойной, надежной экономичной работы судовых систем и систем энергетических установок.
На судах применяют рекуперативные теплообменные аппараты поверхностного типа, в которых теплоносители разделены твердыми стенками, образующими поверхность теплообмена. В некоторых случаях применяют теплообменные аппараты смесительного типа; в них теплообмен происходит при непосредственном контакте и смешении обоих теплоносителей. Судовые теплообменные аппараты должны быть просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Применяемые материалы должны исключать возможность возникновения коррозии и эрозии. На аппараты не должны влиять разность температурных удлинений корпуса и поверхности теплообмена, а также ударные нагрузки.
По конструкции судовые теплообменники делятся на два основных типа: кожухотрубные, у которых теплообменные поверхности образуются из гладких или оребренных круглых, овальных и плоскоовальных труб, и пластинчатые — теплообменные поверхности в них образованы из плоских пластин.
Схемы наиболее распространенных кожухотрубных теплообменников приведены на рис. 3.7. Обязательными элементами этих аппаратов являются крышки, кожух, трубные доски, трубки и перегородки.
Рис. 3.7. Схемы кожухотрубных теплообменников: а — с U-об-разными трубками; б — с плавающей трубной доской; в — с подвижной трубной доской и крышкой; г — с двумя неподвижно закрепленными трубными досками; д — с подвижной трубной доской и неподвижной крышкой
1 передняя крышка; 2 — трубная доска; 3 — кожух; 4 — трубки; 5 — задняя крышка; 6 — перегородка
Пластинчатый теплообменник (рис. 3.8) состоит из неподвижной плиты 6, которая прикреплена к несущей балке 1 и стойке 4 для образования жесткой рамы. Прижимная плита 5 подвешена между стойкой и неподвижной плитой. Пакет пластин 2 сжимается между неподвижной и прижимной плитами болтами 3. Каждая пластина (рис. 3.9) снабжена прокладкой, изготовленной из различных материалов в зависимости от проводимых рабочих жидкостей, их температуры и давления. Прокладки 1 смонтированы вдоль края пластин, двойные прокладки 2 — вокруг двух из четырех угловых отверстий в пластинах.
Рис. 3.8. Пластинчатый теплообменник
Рис. 3.9. Пластина
Рис. 3.10. Схема течения жидкостей в пластинчатом теплообменнике
1 — пластина; 2,5 — вход и выход охлаждающей воды; 3,4 — выход и вход охлаждаемой жидкости
Пакет состоит из одинаковых пластин, причем каждая вторая повернута на 180°. Прокладки вокруг угловых отверстий не позволяют одной из рабочих жидкостей попадать в каждое второе пространство между пластинами. За счет этого образуется система параллельных проточных каналов, по которым протекают обе жидкости. На рис. 3.10 приведена схема течения жидкостей в пространствах между пластинами. Обычно обе жидкости проходят через пластинчатый теплообменник противотоком. Трубопроводы подсоединяются к одной неподвижной плите, что дает возможность разбить аппарат для осмотра пластин и прокладок (или заменять отдельные из них) без демонтажа трубопроводов. Модульная конструкция пластинчатого теплообменника позволяет также легко перестраивать аппарат на другую производительность или получать иную поверхность теплообмена увеличением или сокращением числа пластин.
По сравнению с кожухотрубными теплообменниками аппараты пластинчатого типа обладают рядом преимуществ. Толщина пластин, образующих теплопередающую поверхность, равняется 0,6— 0,8 мм, в то время как толщина стенок трубок кожухотрубного теплообменника достигает 1,5—3 мм. Поэтому теплопередающая поверхность аппаратов пластинчатого типа в 2—3 раза меньше. Их масса (без жидкости) в 3—4 раза меньше массы такого же по величине поверхности теплообмена кожухотрубного аппарата. Кроме того, для разборки, мойки и ремонта пластинчатого теплообменника требуется в 2—5 раз меньшая площадь. В аппарате пластинчатого типа объем жидкостей равен 2,5—5 л/м2, что значительно меньше, чем в кожухотрубном аппарате. Поэтому масса пластинчатого теплообменника и в рабочем состоянии меньше массы кожухотрубного.
Однако пластинчатые теплообменники не нашли широкого применения в судостроении из-за относительно высокой стоимости (пластины из дорогостоящих сплавов), больших затрат на организацию производства и сложной оснастки, применяемой для штамповки пластин, при относительно небольшом количестве требующихся теплообменников; все это в настоящее время делает их производство нерентабельным.
По назначению судовые теплообменники делятся на подогреватели и охладители (воды, топлива, масла, воздуха, пара), конденсаторы, деаэраторы, испарители и водоопреснители.
www.stroitelstvo-new.ru
принцип работы. Теплообменники пластинчатые: устройство
Теплообменники — простые по конструкции устройства, часто включающиеся в схемы разного рода промышленного оборудования. Иногда используются они и в бытовых системах охлаждения и кондиционирования. Как уже можно судить по названию, предназначены эти устройства для отбора тепла от одной среды и передачи его другой.
Основные разновидности теплообменников
В специализированном оборудовании могут использоваться разные типы подобных устройств: витые, графитовые, кожухотрубные, спиральные и т. д. Однако самым экономичным, эффективным и популярным видом является пластинчатый теплообменник. Принцип работы его основан на простой передаче тепла через металл. При этом габариты этой разновидности обменников невелики, а стоимость невысока. Использоваться такие устройства могут в оборудовании самого разного назначения.
Особенности конструкции
Пластинчатый теплообменник, устройство и принцип работы (схемы, представленные в статье, это подтверждают) которого на самом деле очень просты, состоит из следующих основных элементов:
Передней неподвижной плиты с патрубками. Через последние в теплообменник попадают обе рабочие среды.
Верхней и нижней направляющих штанг. Эти элементы необходимы для придания жесткости всей конструкции. Ту же функцию выполняет задняя опора устройства.
Задней подвижной плиты.
Самих пластин.
Уплотнительных прокладок, служащих одновременно разграничителями между пластинами.
Иногда патрубки в таких теплообменниках устанавливаются не только на передней, но и на задней панели. В данном случае все зависит от назначения устройства и способа включения его в систему. При сборке теплообменников применяются также разного рода расходные материалы: крепежные болты, резиновые втулки и т. д.
Современный пластинчатый теплообменник: принцип работы
Функционирует устройство этого типа по перекрестной схеме. Секции поочередно заполняются нагреваемой и охлаждаемой средой. Теплообмен между ними происходит через пластины. Заполнение секций в процессе работы устройства обеспечивают прокладки-уплотнители разной формы. Последние могут или пропускать среду, или задерживать ее. Как видите, это очень простой принцип работы. Теплообменники пластинчатые устроены так, что среды в них перемещаются навстречу друг другу. При этом нагревающая подается сверху и выходит в нижний патрубок, а охлаждаемая, соответственно, наоборот.
Таким образом функционируют все подобные устройства. Принцип работы пластинчатого теплообменника для ГВС точно такой же, как у моделей, предназначенных для кондиционирования, охлаждения смазочных материалов и проч. Единственное отличие состоит в проходящих через корпус видах сред. В модели для ГВС — это, соответственно, вода, в других устройствах такого типа обмен может происходить между растворами, маслами, газами и т. д.
Технические характеристики
При выборе пластинчатых теплообменников обычно обращают внимание на такие показатели, как:
мощность;
расход;
материал и площадь пластин;
материал уплотнений;
рабочая температура;
допустимый размер твердых частиц в средах;
максимальное рабочее давление.
Пластины устройства
Таким образом, мы с вами выяснили, какой имеет пластинчатый теплообменник принцип работы. Устройство пластины у этого простого в использовании оборудования элементарное. В каждой есть по 2 отверстия под среды. Помимо этого, пластины могут иметь рельеф, способствующий направлению прохождения жидкостей или газов. Толщина их зависит от назначения, габаритов устройства и давления в нем.
Поскольку эти элементы конструкции обменника постоянно находятся в агрессивной среде, изготавливаться они должны из максимально устойчивого к ней материала. Чаще всего такие пластины делают из нержавеющей стали. При этом обычно используется марка 1.4404/AISI 316L. Такая сталь содержит в себе молибден, а поэтому отличается повышенной устойчивостью к коррозии, повреждениям и воздействию хлоридов.
В том случае, если через теплообменник проходят не слишком агрессивные среды, для изготовления пластин могут использоваться и обычные марки нержавеющей стали. Очень часто также эти элементы делают из титана или титан-палладия. Используются при их производстве и другие материалы.
Уплотнители теплообменников
От качества этих элементов зависит долговечность и надежность теплообменника. Уплотнители предотвращают смешивание сред и направляют их по определенной траектории. На настоящий момент в теплообменниках используется всего две разновидности подобных элементов: клипсовые и клеевые. Для изготовления уплотнителей обычно применяются материалы на основе каучука. Это могут быть, к примеру, EPDM, ПВР, витон и т. д.
Клеевые уплотнители крепятся в специальных канавках на эпоксидку. Клипсовые варианты устанавливаются посредством специальных фиксирующих элементов.
Мощность и расход
Использоваться пластинчатый теплообменник, принцип работы которого и конструкция удобны, может в самых разных отраслях народного хозяйства. А следовательно, и мощность подобных устройств варьируется в довольно-таки широких пределах. К настоящему времени в разного рода отопительных и охлаждающих системах применяются теплообменники мощностью от нескольких сотен киловатт до десятков мегаватт. Зависит этот показатель в основном от количества использованных в устройстве пластин и их размеров.
Функционировать современные теплообменники этого типа могут в диапазоне рабочих температур (от -30 до 200 оС). Лучше, конечно, если охлаждаемая и нагреваемая среды при этом будут достаточно чистыми. Однако особенной чувствительностью к этому фактору пластинчатые теплообменники не отличаются. В большинстве моделей максимально допустимый размер твердых частиц в среде составляет 4 мм.
Температура и давление
У нас в стране теплообменники изготавливаются обычно по ГОСТ 55118-83. Такие устройства в большинстве случаев способны выдерживать давление до 1,6 МПа. Температура рабочих сред в отечественных моделях при этом может колебаться в пределах -30 ... +180 градусов.
Сфера применения
Пластинчатый теплообменник, принцип работы которого позволяет включать его в системы самой разной конструкции, может использоваться:
На механическом производстве. С применением таких устройств охлаждаются смазочные жидкости, гидравлические и трансмиссионные масла и т. д.
В поршневых и турбинных двигателях.
В энергетических станциях.
В компрессорах.
В судоходстве. На судах теплообменники применяют в основном для центрального охлаждения.
В легкой промышленности.
В машиностроении и металлообработке.
В системах отопления и кондиционирования.
Современные пластинчатые теплообменники, устройство и принцип работы которых были во всех подробностях рассмотрены нами в статье, таким образом, можно считать оборудованием надежным, эффективным и удобным в использовании. Ко всему прочему, и стоят такие модели по сравнению с другими разновидностями недорого. Все это делает их применение в разного рода охлаждающих и отопительных системах более чем целесообразным.
fb.ru
Теплообменник - это... Что такое Теплообменник?
Простейший теплообменник типа «труба в трубе»
Теплообме́нник, теплообме́нный аппарат — устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. В зависимости от назначения теплообменные аппараты используют как нагреватели и как охладители. Применяется в технологических процессах нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газовой и других отраслях промышленности, в энергетике и коммунальном хозяйстве.
Основные понятия, касающиеся теплопередающих устройств
Теплообменник – устройство для передачи тепла от одного теплоносителя к другому. Теплообменный аппарат – автономное теплопередающее устройство, состоящее из теплопередающего элемента (элементов) и полостей для движения теплоносителей. Имеет устройства для входа и выхода теплоносителей. Число, состав и схема соединения элементов в аппарате могут быть любыми. Система теплообменников – совокупность теплообменников, расположенных в ряд, параллельно либо в любой другой последовательности. Теплообменники в системе отличаются составом теплоносителей.
Редактирование: К удалению. Этот раздел содержит второстепенные понятия и ничего нового к остальным разделам не добавляет.
Основные типы
Теплообменники по способу передачи теплоты подразделяют на поверхностные, где отсутствует непосредственный контакт теплоносителей, а передача тепла происходит через твёрдую стенку, и смесительные, где теплоносители контактируют непосредственно. Поверхностные теплообменники в свою очередь подразделяются на рекуперативные и регенеративные, в зависимости от одновременного или поочерёдного контакта теплоносителей с разделяющей их стенкой[1].
Поверхностные теплообменники
Рекуперативные теплообменники
Рекуперат́ивный теплообме́нник — теплообменник, в котором горячий и холодный теплоносители движутся в разных каналах, в стенке между которыми происходит теплообмен. При неизменных условиях параметры теплоносителей на входе и в любом из сечений каналов, остаются неизменными, независимыми от времени, т.е процесс теплопередачи имеет стационарный характер. Поэтому рекуперативные теплообменники называют также стационарными.
В зависимости от направления движения теплоносителей рекуперативные теплообменники могут быть прямоточными при параллельном движении в одном направлении, противоточными при параллельном встречном движении, а также перекрестноточными при взаимно перпендикулярном движении двух взаимодействующих сред.
Часто под рекуперативным теплообменником ошибочно понимается рекуперативный противоточный теплообменник. (В нём вместо уравнивания температурных потенциалов происходит их обмен, потери могут составлять до 30 %).
Теплообменник для газовой промышленности
Наиболее распространённые в промышленности рекуперативные теплообменники[2]:
Кожухотрубные теплообменники,
Элементные (секционные) теплообменники,
Двухтрубные теплообменники типа "труба в трубе"[3],
Витые теплообменники,
Погружные теплообменники,
Оросительные теплообменники,
Ребристые теплообменники,
Спиральные теплообменники,
Пластинчатые теплообменники,
Пластинчато-ребристые теплообменники,
Графитовые теплообменники.
фторопласт-Тефлоновые теплообменники.
Регенеративные теплообменники
В регенеративных поверхностных теплообменниках теплоносители (горячий и холодный) контактируют с твердой стенкой поочерёдно. Теплота накапливается в стенке при контакте с горячим теплоносителем и отдаётся при контакте с холодным.[1]
Смесительные теплообменники
Смеси́тельный теплообме́нник (или конта́ктный теплообме́нник) — теплообменник, предназначенный для осуществления тепло- и массообменных процессов путем прямого смешивания сред (в отличие от поверхностных теплообменников). Наиболее распространены пароводяные струйные аппараты ПСА — теплообменники струйного типа, использующие в своей основе струйный инжектор[4]. Смесительные теплообменники конструктивно устроены проще, нежели поверхностные, более полно используют тепло. Однако, пригодны они лишь в случаях, когда по технологическим условиям производства допустимо смешение рабочих сред.
Большое применение контактные теплообменники находят в установках утилизации тепла дымовых газов, отработанного пара и т.п[5].
Конструкции теплообменников
Конструкционно теплообменники подразделяют на:
объемные одна из сред имеет значительный объем в теплообменнике, одна среда сосредоточена в баке большого объема, вторая протекает через змеевик;
скоростные (кожухотрубные) среды движутся с достаточно большой скоростью для увеличения коэффициента теплоотдачи, много мелких трубочек находятся в одной большой (кожух), среды движутся одна в межтрубном пространстве, другая внутри трубочек, обычно в трубочках находится более «грязная» среда, так как их легче чистить;
пластинчатый теплообменник состоит из набора пластин, среды движутся между пластинами, прост в изготовлении (штампованные пластины складываются с прокладками между ними), легко модифицируется (добавляются или убираются пластины), хорошая эффективность (большая площадь контакта через пластины).
пластинчато-ребристый теплообменник в отличие от пластинчатого теплообменника состоит из системы разделительных пластин, между которыми находятся ребристые поверхности - насадки, присоединенные к пластинам методом пайки в вакууме.
С боков каналы ограничиваются брусками, поддерживающими пластины и образующие закрытые каналы. Таким образом, в основу пластинчато-ребристого теплообменника положена жесткая и прочная цельнопаянная теплообменная матрица, построенная по сотовому принципу и работоспособная (даже в исполнении из алюминиевых сплавов) до давления 100 атм. и выше. В пластинчато-ребристых теплообменниках существует большое количество насадок, что позволяет подбирать геометрию каналов со стороны каждого из потоков, реализовывая оптимальную конструкцию. Основные достоинства данного типа теплообменников - компактность (до 4000 м2/м3) и легкость. Последнее обеспечивается за счет применения при изготовлении теплообменной матрицы пакета из тонколистовых деталей из легких алюминиевых сплавов.
Оребренные пластинчатые теплообменники, ОПТ состоит из тонкостенных оребренных панелей, изготовленных методом высокочастотной сварки, соединенные поочередно с поворотом на 90 градусов. За счет конструкции, а также многообразия используемых материалов достигаются высокие температуры греющих сред, небольшие сопротивления, высокие показатели отношения телепередающей площади к массе теплообменника, длительный срок службы, низкая стоимость и др. Часто используются для утилизации тепла отходящих газов.
спиральный теплообменник представляет собой два спиральных канала, навитых из рулонного материала вокруг центральной разделительной перегородки — керна, среды движутся по каналам. Одно из назначений спиральных теплообменников — нагревание и охлаждение высоковязких жидкостей.
При выборе между пластинчатыми и кожухотрубными теплообменниками предпочтительными являются пластинчатые, коэффициент теплопередачи которых более чем в три раза больше, чем у традиционных кожухотрубных.[2] Кроме того, коэффициент полезного действия пластинчатых теплообменников составляет 90-95 %, а занимаемая площадь в 3-4 раза меньше, чем для кожухотрубных.[6].
В то же время пластинчатые теплообменники, оснащённые средствами автоматики, регулирования и надёжной арматурой, позволяют снизить количество теплоносителя, идущего на нагрев воды. А значит, и диаметры трубопроводов и запорно-регулирующей арматуры, снизить нагрузки на сетевые насосы и, соответственно, уменьшить потребление электроэнергии и др.
Но на данный момент стали появляться современные кожухотрубные теплообменники, оснащенные трубками, профилированными таким образом, чтобы рост гидравлического сопротивления ненамного превышал рост теплоотдачи вследствие применения турбулизаторов потока. Это достигается накаткой на внешней поверхности трубы кольцевых или винтообразных канавок, вследствие образования которых на внутренней поверхности трубы образуются плавно очерченные выступы небольшой высоты, интенсифицирующие теплоотдачу в трубах. Данная технология, в дополнение к таким важным показателям как высокая надежность (также при гидравлическом ударе) и меньшая стоимость, дает отечественному кожухотрубному оборудованию дополнительные преимущества по сравнению с иностранными пластинчатыми аналогами. Но это преимущество исчезает при первой промывке такого теплообменника, т.к. очистка внутренних поверхностей трубок с винтообразными канавками практически невозможна и ведет к быстрому выходу такого теплообменника из строя.
Серьёзной проблемой является коррозия теплообменников. Для защиты от коррозии применяется газотермическое напыление трубных досок, труб пароперегревателей. Это относится не только к кожухотрубным теплообменникам, изготовленным из углеродистой стали. Пластины пластинчатых теплообменников в подавляющем большинстве изготавливаются из коррозионно-стойкой жаропрочной стали, но несмотря на этот факт также подвержены питтинговой коррозии при использовании неингибированных сред.
См. также
Примечания
↑ 1 2 Атомная энергетика. Словарь терминов
↑ 1 2 Теплообменники
↑ Технология Перекачиваемого Льда. Архивировано из первоисточника 14 февраля 2012. Проверено Апрель 3, 2011.
↑ Смесительный теплообменник.//Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник. (Теплоэнергетика и теплотехника; Кн.4). Под общей ред. Клименко А. В. и Зорина В. М. М.: Издательство МЭИ, 2004. — 632 с.
↑ Энергобезопасность в документах и фактах №2, 2006
Литература
В. Н. Луканина. Теплотехника. — М., «Высшая школа», 2002 г.
Ссылки
dic.academic.ru
Теплообменный аппарат, виды теплообменных аппаратов.
Теплообменный аппарат – это особое устройство, которое предназначено для того, чтобы осуществлять передачу тепла от одной среды к другой. Стоит отметить, что теплообменник не расценивается в качестве самостоятельного аппарата, а лишь в комплекте с тепловым оборудованием. Этот факт надо обязательно учитывать при выборе этого аппарата. Благодаря современным технологиями удалось достичь максимального уровня передачи тепловой энергии с малейшими потерями, а также максимально снижена потеря теплонесущей жидкости, как и уровень ее циркуляции. Использование современных материалов при изготовлении аппаратов позволило сделать их устойчивыми к коррозии, а, значит, существенно продлевается срок их службы.
Необходимо знать о том, какие есть виды теплообменных аппаратов для того, чтобы можно было сделать правильный выбор при покупке.
Пластинчатый теплообменный аппарат имеет в своей конструкции очень тонкие гофрированные пластины, которые изготовлены из специальных сплавов или из нержавейки. Сфера их применения – среды, где температура не превышает 190 градусов, а давление – 25 бар. Они могут быть сварными, полусварными, паяными и разборными. Аппарат теплообменный пластинчатый разборный пользуется повышенным спросом, ведь его можно разобрать и почистить, а также при необходимости – добавить пластины для повышения мощности.
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты сегодня пользуются большим спросом, ведь имеют ряд достоинств по сравнению с другими видами. Они широко применяются в нефтегазовой, пищевой, легкой, химической промышленности, а также в теплоэнергетике. Кожухотрубные теплообменные аппараты отличаются устойчивостью к гидроударам и не нуждаются в чистой среде, правда, имеют большие размеры и высокую стоимость.
Теплообменный аппарат труба в трубе можно назвать универсальным устройством. Через этот теплообменник можно прокачивать любую среду, они практически не нуждаются в чистке, позволяет установить самый оптимальный режим транспортировки жидкостей. К недостаткам можно отнести высокую стоимость и сложность проектирования системы.
Спиральные теплообменные аппараты отличаются компактными размерами, высокой интенсивностью теплообмена и малыми гидравлическими сопротивлениями. Не применяются в рабочих средах, где давление превышает 40 кгс/с м² .
Аппарат воздушный теплообменный в последнее время стал довольно популярным, что обусловлено сравнительно низкой ценой оборудования и простотой использования.
За счет создания противотока между двумя средами удалось добиться не только улучшения температурного набора, но и более быстрой теплоотдачи при относительно небольших гидравлических сопротивлениях. Не лишним будет сказать о том, что основной принцип действия основан на противотоке, то есть движении греющей и нагревающей жидкости в разные стороны. Для исключения смешивания устанавливается двойной резиновый уплотнитель или же металлическая пластина. Количество пластин и каналов может отличаться в зависимости от эксплуатационных требований, предъявляемых к оборудованию. Перед созданием проводится тепловой расчет теплообменных аппаратов, что позволяет определить оптимальный режим работы. Иногда используются дорогостоящие сплавы, которые не боятся длительной эксплуатации в агрессивной среде.
